解密VCSEL，英特爾Vaunt究竟用了什麼大殺器

最近比較受人關注的新聞大概就是英特爾即將推出的AR眼鏡Vaunt了，與普通眼鏡幾乎一模一樣的外形、僅僅50g的重量、採用Intel的AI晶元等特點給它帶來了更多的關注。而它最特別的地方在於，與現有的AR眼鏡不同的是，Vaunt採用一種叫作VCSEL的激光器，將400×150像素大小的紅色單色圖像投射到視網膜上，以達到AR顯示的效果。

VCSEL全名為Vertical Cavity Surface Emitting Laser,中文名是垂直共振腔表面放射激光，是一種面射型激光，光源可調變頻率就達數十億Hz，傳輸速率相應的也有十億bps等級。和傳統的LD即激光二極體相比，價格更加便宜，且發光的效率遠高於LD。另外VCSEL所需的驅動電壓和電流很小，使得壽命有千萬小時以上，為其他光源的100倍以上。正是因為VCSEL激光器的這些特性，它很適合用於投影顯示技術。

VCSEL激光技術原理圖

邊發射激光器和面發射激光器（即VCSEL）

在光顯示方面，通常的顯示器都是利用紅、綠、藍三元色發光管構成的，如果能夠製成具有紅、綠、藍三元色的激光器，則可以應用在大型顯示器的技術領域中。目前，波長範圍從藍色覆蓋到紫外波段的GaN系列激光器正處在研究階段。這個系列的VCSEL是解決未來圖像顯示的有力技術。當然，現在的技術還不成熟，因此Vaunt也只採用了單色光源顯示。

VCSEL晶元和封裝器件

在英特爾的AR眼鏡Vaunt中，圖像被載入到應用了VCSEL激光器的MEMS設備上，使得發射出的激光將400×150像素附近的紅色單色圖像照射到眼鏡右側鏡片上的全息反射鏡上。然後圖像經過全息鏡片陣列的反射，被反射到眼球後部，直接進入視網膜，這被稱為視網膜投影技術。因為它直接照射在視網膜的背面，所以它所創造的圖像始終處於焦點。這也意味著該顯示器可以應用到近視鏡片上，也可以應用到普通鏡片上。

英特爾並不是第一家把視網膜投影技術應用到智能眼鏡上的公司，日本QD Laser公司曾在2016年演示過和東京大學合作研發的採用「視網膜掃描激光技術」的眼鏡原型機。這款眼鏡可以直接把圖像投射到佩戴者的視網膜上。

這種視網膜投影技術乍看之下與光場顯示很像，但兩者還是有比較大的差別的，光場顯示對顯示器前的每一個方向都發射光線，所以不管從哪個角度都可以看到光場顯示出的物品，而視網膜投影則不同，它只對視網膜方向發出光線，所以每一個Vaunt眼鏡都需要測量用戶的瞳距來定製，另外也達到體驗中用戶不看向顯示的方向就看不到AR圖像的情況。

光場顯示

不用擔心會因為看不到顯示的圖像而錯過重要信息。人的眼睛在處理視覺信息時一般會忽略掉沒有變化的部分，把這部分當作背景處理，當背景中有變化的信息時，人眼會注意到這個變化。這在報道中也有提到。

當然，肯定有人會擔心這種激光投影會不會對人眼造成影響。Vaunt的激光器功率在第一級激光器的最低限度，而第一級激光器，即無害免控激光器發射的激光，在使用過程中對人體無任何危險，即使用眼睛直視也不會損害眼睛。對這類激光器的使用不需任何控制，所以對人眼是無害的。

另外，值得一提的是，VCSEL激光器早就應用到了AR中，它主要應用於面部識別和深度感測器等方面，比如iphone8和iphoneX的3D激光系統感測器，藉此animoji和Face ID才能實現，面部識別的效果相比計算機圖像識別更加精確。此外，一些AR眼鏡也使用應用了VCSEL激光器的感測器進行深度識別。

其實仔細想想，Vaunt顯示的視網膜投影技術並不新，但是它採用VCSEL激光器的做法是一個創新，既利用VCSEL激光器本身的低功耗，大大提高續航，又利用了激光高亮度、能量集中的特點，讓Vaunt在顯示過程中漏光極少，達到很多新聞中提到的「除了鏡頭處的紅色微光外，看不出有內容的顯示」的效果，更接近一個普通眼鏡。

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